Riku Katajisto PUKKINOSTURIN MITOITUS JA LUJUUSTARKASTELU

Riku Katajisto PUKKINOSTURIN MITOITUS JA LUJUUSTARKASTELU Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma 2014

PUKKINOSTURIN MITOITUS JA LUJUUSTARKASTELU Katajisto, Riku Satakunnan ammattikorkeakoulu Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma Toukokuu 2014 Ohjaaja: Kivi, Karri Sivumäärä: 32 Liitteitä: 12 Asiasanat: nosturit, mitoitus, FEM Opinnäytetyön aiheena oli suunnitella Reposaaren Venesäilytys Oy:lle nosturi, jolla veneet voitaisiin nostaa vedestä suoraan siirtotrailerin päälle. Työn lähtökohtana oli, että sen on sovelluttava ulkokäyttöön ja sen on kyettävä nostamaan 15 tonnia painavia veneitä. Nosturin materiaalikustannukset haluttiin jäävän mahdollisimman alhaisiksi, joten työssä keskityttiin erityisesti palkkien mitoitukseen ja mahdollisimman yksinkertaiseen rakenteeseen. Työ aloitettiin tutustumalla lähiseudun pukkinostureihin, joista sai hyvät lähtökohdat oman nosturin suunnitteluun. Suunnittelussa käytettiin SolidWorks 2013 -ohjelmaa, jonka avulla mallinnettiin erilaisia runkovaihtoehtoja ja laskettiin runkoon kohdistuvat rasitukset. Työn tuloksena saatiin pukkinosturista 3D-malli ja piirustukset, joiden pohjalta Reposaaren Venesäilytys Oy voi lähteä valmistamaan nosturia.

GANTRY CRANE DESIGN AND STRENGHT CALCULATIONS Katajisto, Riku Satakunnan ammattikorkeakoulu, Satakunta University of Applied Sciences Degree Programme in Mechanical and Production Engineering May 2014 Supervisor: Kivi, Karri Number of pages: 32 Appendices: 12 Keywords: cranes, design, FEM The subject of this thesis was to design a crane for Reposaari Venesäilytys Ltd. The crane should be capable of lifting boats directly from water onto a trailer for transportation. Other requirements were that the crane must be suitable for outdoor use and it must be able to lift 15-tonne boats. The crane s material costs were to remain low, so this thesis work focuses mainly on the beams and keeping the dimensions and structure as simple as possible. The work was started by exploring the nearby gantry cranes, which gave an initial idea for the design. Solid Works 2013 was used as the software for modelling a variety of frame options and calculating the structural stress cases. As a result a 3D-model and drawings of the gantry were produced for the use of Reposaaren Venesäilytys Ltd to manufacture their own crane.

SISÄLLYS 1 JOHDANTO... 6 2 TOIMEKSIANTAJA... 6 2.1 Reposaaren Venesäilytys Oy... 6 3 PUKKINOSTURIN KÄYTTÖTARKOITUS JA SILLE ASETETUT VAATIMUKSET... 7 3.1 Käyttötarkoitus... 7 3.2 Vaatimukset... 7 4 SUUNNITELUVAIHE... 8 4.1 Lähtökohdat... 8 4.2 Nosturin luokitus... 9 4.2.1 Työjaksot... 10 4.2.2 Lineaarisiirtymät... 10 4.2.3 Kuormaspektrikerroin... 10 4.3 Nosturiin vaikuttavat voimat... 11 4.3.1 Tuulikuormat... 11 4.3.2 Lumikuorma... 12 4.3.3 Nosturin runkoon vaikuttavat päävoimat... 12 4.3.4 Pyöräkuormat... 13 4.3.5 Pyöräkuormista aiheutuvat leikkausvoimat palkkiin... 13 4.3.6 Puskimeen ajo... 13 4.3.7 Saatujen arvojen käyttäminen laskelmissa... 14 4.3.8 Kuormitustapaukset... 14 4.3.9 Päätytukien rasitukset... 15 5 FEM-TULOKSET... 16 5.1.1 Tapaus 1: Hirmumyrsky sivusta (ilman venettä)... 16 5.1.2 Tapaus 2: Hirmumyrsky päästä (ilman venettä)... 17 5.1.3 Tapaus 3: Kuorma keskellä + tuuli sivusta... 18 5.1.4 Tapaus 4: Kuorma keskellä + tuuli päästä... 19 5.1.5 Tapaus 5: Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli sivusta... 20 5.1.6 Tapaus 6: Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli päädystä... 21 5.1.7 Tapaus 7: Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli päädystä + puskinkuorma... 22 5.1.8 A-tukien kiinnityslevyt... 23 5.2 FEM-tulosten analysointi... 23 6 HITSIEN MITOITUS... 24

6.1 400x200x10 suorakaideputkeen tulevat hitsaukset... 24 6.2 Muut hitsit... 24 7 RUUVILIITOSTEN KARKEA MITOITUS... 24 7.1 Yhdelle ruuville aiheutuva kuorma... 25 8 TARVITTAVAT MATERIAALIT... 26 9 TARKOITUKSEENSOPIVUUDEN TESTAUS... 26 9.1 Yleistä... 26 9.2 Kokeet... 27 9.2.1 Toiminnallinen koe... 27 9.2.2 Staattinen koe... 27 9.2.3 Dynaaminen koe... 28 10 NOSTOKYVYN MERKITSEMINEN... 29 11 KORROOSION ESTO JA HUOLTO... 30 11.1 Korroosion esto... 30 11.2 Nosturin huolto... 30 12 YHTEENVETO... 30 LÄHTEET... 32 LIITTEET

6 1 JOHDANTO Tämän opinnäytetyön aiheena on pukkinosturin suunnittelu. Pukkinosturi suunnitellaan Reposaaren Venesäilytys Oy:lle, joka tulee suunnitelmien pohjalta valmistamaan nosturin omaan käyttöön. Nosturin suunnitelma tilattiin opiskelijatyönä, koska valmistuskustannusten haluttiin jäävän alhaisemmiksi kuin jos nosturi olisi toteutettu tilaustyönä joltakin nostureita valmistavalta yritykseltä. Työ aloitettiin tutustumalla nostureihin ja nostolaitteisiin, joiden pohjalta hahmotelma omasta mallista alkoi syntyä. Hahmotelma alkoi muodostua SolidWorks-ohjelman avulla 3D-malliksi. Ohjelmalla tarkasteltiin erilaisia kuormitustapauksia ja tarkkailtiin erilaisten tukipalkkien vaikutusta syntyviin jännityksiin. Standardeihin tutustuttaessa alkoi käydä selväksi, että taipumat tulisivat olemaan määräävänä tekijänä palkkien mitoituksessa. Jännitykset jäivät n. 100 MPa luokkaan, kun taipumat olivat ylärajoilla. Valmisosina nosturiin hankittaisiin köysinostimet ja niihin liittyvät tarvikkeet. Lisäksi myöhemmin saatettaisiin rakentaa sadekatos nostimille, mikä otettiin laskelmissa huomioon. 2 TOIMEKSIANTAJA 2.1 Reposaaren Venesäilytys Oy Reposaaren Venesäilytys Oy on vuonna 2007 perustettu yritys, joka sijaitsee Porin Reposaaressa. Firman palveluksiin kuuluvat mm. veneiden talvisäilytykset, nostot ja laskut, pesu ja vahaus, pohjan maalaus, veneiden koneiden huollot sekä erilaiset asennukset.

7 3 PUKKINOSTURIN KÄYTTÖTARKOITUS JA SILLE ASETETUT VAATIMUKSET 3.1 Käyttötarkoitus Nosturia tullaan käyttämään veneiden nostoon ja laskuun. Pääasiallisesti nosturia tullaan käyttämään keväästä syksyyn aikavälillä, mutta mahdollisesti myös talvella saattaa tulla tarvetta suorittaa satunnaisia nostoja. Pukkinosturi asennetaan kiinteästi ulkotiloihin veden välittömään läheisyyteen. Nosturin käyttöiäksi on kaavailtu noin 20 vuotta. Nostoja on etukäteen mietitty tulevan vuodessa noin 200. Yhteensä nostoja kertyy siis noin 4000 kappaletta. Tämän johdosta ei laskelmiin tarvitse lisätä väsyttävästä kuormasta aiheutuvaa lisäkerrointa. (SFS-EN 1993-6 + AC, 36) 3.2 Vaatimukset Työn tilaaja asetti nosturille seuraavanlaisia alkuehtoja, joita on prosessin edetessä hieman muokkailtu: Sovelluttava 15 000 kg veneiden nostoon Jänneväli 15 m Nostokorkeus min. 8 m Pääkannattaja ruuviliitoksilla päätytukiin Korroosion esto otettava huomioon

8 4 SUUNNITELUVAIHE 4.1 Lähtökohdat Laskelmissa on nostimiksi valittu kaksi ND04L 8000 kg nostinta. Kahteen nostimeen päädyttiin, koska niiden avulla esimerkiksi erilevyisten veneiden nostaminen käy helpommin verrattuna, jos nostimia olisi vain yksi. 8000 kg kantaviin nostimiin päädyttiin, koska veneen maksimipainoksi oli määritetty 15 000 kg. Näin ollen kaksi 7,5 t nostinta ei riittäisi, koska veneen massan lisäksi nostimien tulee nostaa myös nostoapuvälineet. Nostimesta on saatavissa erilaisia versioita mm. moottorin ja nostokorkeuden osalta. Tässä on listattuna laskelmissa käytetyn nostimen tiedot: Kuorma 8000 kg Nostokorkeus 9 m Nostonopeus kaksi nopeutta: 5 tai 0,8 m/min Siirtonopeus kaksi nopeutta: 20 tai 5 m/min Paino 610 kg Nosturiluokka 3m/M6 Fem/ISO Nostimiin perehdyttäessä selvisi, että kyseiset nostimet sallivat maksimissaan 1/500 taipuman palkille, jota pitkin nostimet kulkevat. Suositusarvo taipumalle on alle 1/750. Eli 15 m pituinen pääkannattaja saisi taipua maksimissaan 30 mm, suosituksen ollessa alle 20 mm. Taipuman aiheuttamasta rajoituksesta seurasi, ettei pääkannattajaksi olisi riittänyt yksi I-profiilinen palkki, vaan olisi tarvittu kaksipalkkinen pääkannattaja. Vaihtoehtona olisi pääkannattajan tekeminen kotelopalkista. Standardin SFS EN 1993-6 mukaan sallittu taipuma ratakiskolle sekä pysty- että vaakasuunnassa on 1/600 (13,5 m matkalla 22,5 mm), jota on käytetty raja-arvona mitoituksessa. (SFS EN 1993-6 + AC, 30)

9 KUVA 1 Yllä olevasta kuvasta nähdään palkin maksimi taipuma n. 20,5 mm. (SolidWorks Beam Calculator) Työn tilaajan kanssa päädyttiin kustannussyistä lyhentämään jänneväliä 13,5 metriin, jolloin yksi He 700 B palkki riittää. Näin säästytään kotelopalkin tilaamiselta, jonka valmistuskustannukset arvioimme kehkeytyvän suuremmiksi kuin profiilipalkin. Kaksipalkkisen pääkannattajan hylkäsimme, koska kahden palkin varassa kulkevat nostimet olisivat olleet saatujen hintatietojen mukaan n. 20 % kalliimmat verrattuna yhden palkin varassa kulkeviin. 4.2 Nosturin luokitus Nosturin luokitus tapahtuu Standardin SFS EN 13001-1 + A1 pohjalta.

10 4.2.1 Työjaksot Luokitusta varten täytyy tietää, montako nostoa nosturilla on suunniteltu suoritettavan koko käyttöiän aikana. Työjakso C alkaa, kun nosturi on valmis nostamaan hyötykuorman, ja loppuu kun nosturi on valmis nostamaan seuraavan kuorman. Tilaajan kanssa on sovittu, että suunniteltu käyttöikä on 20 vuotta ja vuodessa tehdään alle 200 nostoa. Eli näin ollen kokonaistyöjaksojen lukumääräksi tulee 4000. C 4000 Työjaksojen lukumäärä asettuu Luokkaan U0. ( C 1,60*10 4 ) (SFS-EN 13001-1 + A1, 24) 4.2.2 Lineaarisiirtymät Keskimääräinen siirtymä on 10 m - 20 m, joten luokka on Dlin5 (SFS-EN 13001-1 + A1, 28) 4.2.3 Kuormaspektrikerroin Koska nettokuormien massoja ei tunneta yksityiskohtaisesti, voidaan valita Standardin SFS 15011 liitteen A mukaan kuormaspektrikertoimeksi telakkanostureille soveltuva Q3. (SFS-EN 15011, 90)

11 4.3 Nosturiin vaikuttavat voimat 4.3.1 Tuulikuormat Tuulikuormia määritettäessä tarvitaan tuulenpaineen ominaisarvoa. Tämä arvo lasketaan kaavalla: qb = 0,5 * ρ * vb 2 qb = nopeuspaineen perusarvo ρ = ilman tiheys vb = tuulennopeuden perusarvo (SFS EN 1991-1-4, 38) Tällä kaavalla saadaan tuulen ollessa 15 m/s tuulen aiheuttamaksi voimaksi n. 145 N/m 2. Tuulikuormien tarkkaan määrittämiseen tarvittaisiin nettopainokerrointa, jonka määrittäminen on melko hankalaa, kun ei tiedetä nostettavien veneiden muotoa, joten nettopainokertoimena käytettiin lukua 1,5, jonka avulla laskettaessa pysytään turvallisella alueella. Tuuli sivusta 15 m/s (Nosturin käyttö on kiellettyä yli 15 m/s tuulessa) Nosturin pinta-ala sivusta = 17 m 2 Veneen pinta-ala 4 m * 4 m = 16 m 2 Mahdollinen myöhemmin rakennettava sääsuoja nostimille 3 m * 2 m = 6 m 2 Yhteensä = 39 m 2 Fx = 145 N/m 2 * 39 m 2 * 1,5 = 8,5 kn Tuuli sivusta 36 m/s (hirmumyrsky) Nosturin pinta-ala sivusta= 17 m 2 Mahdollinen myöhemmin rakennettava sääsuoja 3 m * 2 m = 6 m 2 Yhteensä = 23 m 2 Fx = 810 N/m 2 * 23 m 2 * 1,5 = 28 kn

12 Tuuli päästä 15 m/s Nosturin pinta-ala päädystä = 8,2 m 2 Veneen pinta-ala 15 m * 4 m = 60 m 2 Mahdollinen myöhemmin rakennettava sääsuoja 2 m * 3 m = 6 m 2 Yhteensä = 75 m 2 Fz = 145 N/m 2 * 75 m 2 * 1,5 = 16,5 kn Tuuli päästä 36 m/s (hirmumyrsky) Nosturin pinta-ala päädystä = 8,2 m 2 Mahdollinen myöhemmin rakennettava sääsuoja = 6 m 2 Yhteensä = 14,5 m 2 Fz = 810 N/m 2 * 14,5 m 2 * 1,5= 18 kn 4.3.2 Lumikuorma Porissa rakennuksiin kertyvä lumikuorma on 2 kn/m 2 (Pohri Oy WWW-sivut) Nosturiin kohdistuva lumikuorma Fy = 5 m 2 * 2 kn/m 2 = 10 kn 4.3.3 Nosturin runkoon vaikuttavat päävoimat Päänostovoiman laskemisessa on käytetty koekuormaa, joka on vähintään 125 % suurimmasta nostokuormasta (SFS-EN 13001-2, 50). Kiihtyvyysvoima aiheutuu nostimen hallitusta pysäyttämisestä. Päänostovoima ja kiihtyvyysvoima Fy = -1,25 * 2 * (8000 + 610) kg * 9,81 m/s 2 = -212 kn Fz = 16 000 kg * 0,098 m/s = 1568 N => valitaan Fz = 5500 N Omasta painosta aiheutuva voima Fy = -7200 kg * 9,81 m/s 2 = -71 kn

13 4.3.4 Pyöräkuormat Nostimen aiheuttama kuorma jakaantuu neljälle pyörälle, jolloin yksittäisen pyörän kuorma lasketaan seuraavasti: ((mnostin + mhyötykuorma) * 1,25 * 9,81) / 4 ((610 kg + 8000 kg) * 1,25 * 9,81 m/s 2 ) / 4 = 27 kn 4.3.5 Pyöräkuormista aiheutuvat leikkausvoimat palkkiin Suurin leikkausvoima saadaan, kun uuman vastakkaisten pyörien kuormat lasketaan yhteen ja kerrotaan staattisenkuorman varmuuskertoimella. Qmax = 27 kn * 4 * 1,25 = 135 kn τ = (QS) / (Ib) = (135000 N * 4160000 mm 3 ) / (2569 * 10 6 mm 4 * 17 mm) = 13 N/mm 2 S355 τsallittu = 132 N/mm 2 Voidaan todeta, että pyöräkuormien aiheuttamat leikkausjännitykset eivät ole ongelma. 4.3.6 Puskimeen ajo Puskimeen ajolla tarkoitetaan tilannetta, jossa nostin ajetaan päin pääkannattimessa olevaa stoppari-levyä. Levyn tehtävänä on pysäyttää nostin. Mikäli taakka pääsee heilumaan vapaasti, nostovaunun tai nostimen puskinkuorman edustavana arvona voidaan käyttää 10 % kokonaiskuorman ja nostovaunun tai nostimen painosta. (SFS EN 1991-3, 50) Fpuskin = 0,1 * 212 kn = 21,2 kn

14 4.3.7 Saatujen arvojen käyttäminen laskelmissa Lasketut arvot ovat likiarvoja ja tulokset on aina pyöristetty ylöspäin. SolidWorks ohjelmaan saadaan rakennelmien painot syötettyä sisäisesti, jolloin paino jakaantuu kuten oikeastikin. Lisäksi voimia saadaan asetettua pinnoille jakaantumaan tasaisesti, jolloin esim. tuulivoimat saadaan jakaantumaan tasaisesti koko rakennelman alalle. KUVA 2 Yllä olevasta kuvasta selviää koordinaattiakselien suunnat. 4.3.8 Kuormitustapaukset Kuormituslaskelmat on laskettu yksinkertaistaen nostimien aiheuttamat painopisteet yhdeksi painopisteeksi, joka on hieman todellista tilannetta raskaampi. Kuormitustapauksiksi on valittu tapaukset, jotka aiheuttavat suurimmat rasitukset runkoon. Kuormitustapaukset: 1. Hirmumyrsky sivusta (ilman venettä) 2. Hirmumyrsky päästä (ilman venettä) 3. Kuorma keskellä + tuuli sivusta 4. Kuorma keskellä + tuuli päästä 5. Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli sivusta 6. Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli päädystä

15 7. Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli päädystä + puskinkuorma 4.3.9 Päätytukien rasitukset Taulukko 1 Taulukosta selviää päätytukien ylä- ja alapäässä vaikuttavat suurimmat voimat kuormitetuimmassa tukipisteessä Isoimmat voimat tukien yläpäässä Isoimmat momentit tukien yläpäässä Fx Fy Fz Mx My Mz Tapaus 1 48000 81622 0 203 52 25500 Tapaus 2 0 81620 24000 76100 10 70 Tapaus 3 13000 300000 5500 24000 106 6500 Tapaus 4 0 300000 24000 93000 100 360 Tapaus 5 13000 300000 5500 21000 40 6500 Tapaus 6 0 300000 24000 90000 40 360 Tapaus 7 0 300000 45000 190000 55 400 Max F(N) 48000 300000 45000 Max M(Nm) 190000 106 25500 Isoimmat voimat tukien alapäässä Isoimmat momentit tukien alapäässä Fx Fy Fz Mx My Mz Tapaus 1 13000 50000 3200 11000 5000 12500 Tapaus 2 4500 21000 7500 23500 6500 1500 Tapaus 3 21000 82000 14000 43000 15000 4400 Tapaus 4 20000 76000 19000 59000 18000 1700 Tapaus 5 34500 132000 5000 16000 5500 4500 Tapaus 6 33000 125000 9100 32000 9100 1700 Tapaus 7 34000 130000 15000 56000 16000 1800 Max F(N) 34500 132000 19000 Max M(Nm) 59000 18000 12500

16 5 FEM-TULOKSET 5.1.1 Tapaus 1: Hirmumyrsky sivusta (ilman venettä) KUVA 3 Siirtymät KUVA 4 Jännitykset

17 5.1.2 Tapaus 2: Hirmumyrsky päästä (ilman venettä) KUVA 5 Siirtymät KUVA 6 Jännitykset

18 5.1.3 Tapaus 3: Kuorma keskellä + tuuli sivusta KUVA 7 Siirtymät KUVA 8 Jännitykset

19 5.1.4 Tapaus 4: Kuorma keskellä + tuuli päästä KUVA 9 Siirtymät KUVA 10 Jännitykset

20 5.1.5 Tapaus 5: Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli sivusta KUVA 11 Siirtymät KUVA 12 Jännitykset

21 5.1.6 Tapaus 6: Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli päädystä KUVA 13 Siirtymät KUVA 14 Jännitykset

22 5.1.7 Tapaus 7: Kuorma päädyssä (0,35 m tuesta) + tuuli päädystä + puskinkuorma KUVA 15 Siirtymät KUVA 16 Jännitykset

23 5.1.8 A-tukien kiinnityslevyt KUVA 17 Jännitykset 5.2 FEM-tulosten analysointi FEM-tuloksista voimme havaita jännityksen ja siirtymien olevan suurimmillaan, kun kuorma on keskellä ja tuuli puhaltaa päästä (kuormitustapaus 4). Tällöin kokonaissiirtymät ovat likimain 20 mm, näin ollen standardeissa annetut rajat taipumille eivät ylity. (SFS EN 1993-6 + AC, 30) Jännityksen suurin arvo on likimain 132 MPa. S355 teräksen myötöraja on 355 MPa, joten varmuuskerroin myötöön nähden on pyöristettynä 2,5. Varmuuskerroin = myötöraja / jännitys Varmuuskerroin = 355 MPa / 132 MPa Varmuuskerroin 2,5

24 6 HITSIEN MITOITUS Hitsin a-mitta on usein edullista valita perusaineen paksuuden avulla. Rakenne tehdään tällöin tasalujaksi niin. että jännitystila hitsissä ja perusaineessa on yhtä suuri. S355 Teräkselle a = s * 0,64. (Blom ym. 2006, 26) 6.1 400x200x10 suorakaideputkeen tulevat hitsaukset Käyttäen edellä mainittua tasalujan hitsin periaatetta saadaan hitsien, joilla suorakaideputki liitetään levyihin kiinni, a-mitaksi 8 mm. a = 10 mm * 0,64 7 mm 6.2 Muut hitsit Nosturin kaikissa muissa hitseissa s:n arvoksi tulee 20 mm, joten muiden hitsien a- mitoiksi tulee 13 mm. a = 20 mm * 0,64 = 12,8 mm 13 mm 7 RUUVILIITOSTEN KARKEA MITOITUS Kun moniruuviliitoksen kuormitukset on ositettu yksiruuviliitosten kuormituksiksi, päästään mitoittamaan yksittäistä ruuvia. Jos ruuvin tai ruuviryhmän kiristys kenttäolosuhteissa suoritetaan arviokiristyksenä, ei laskentavaiheeseen kannata satsata liikaa työpanosta. Voidaan tyytyä Eurocode 3:n mukaan (SFS-ENV 1993-1) tehtyyn tarkasteluun, jolla saadaan karkeasti määriteltyä tarvittava ruuvikoko. (Blom ym. 2006, 64)

25 Taulukko 2. Yksiruuviliitoksen karkea mitoitus (Blom ym. 2006, 91) 7.1 Yhdelle ruuville aiheutuva kuorma Kaikki ruuvit on mitoitettu kuormitetuimman ruuvin mukaan, joten riittää kun mitoitus suoritetaan kuormitetuimmalle ruuville. Taulukosta 1 nähdään suurimmat tukivoimat, jotka muodostuvat tuen yläpäähän. Suurin yksittäinen voima on pystysuuntainen voima arvoltaan 300 kn. Tämä voima jakaantuu 10 ruuville, jolloin yhdelle ruuville tulee kannettavaa 30 kn. Tätä arvoa käytetään mitoituksessa. Taulukosta 2 valitaan voima sarakkeesta voima, joka on lähin suurempi kuormitusvoima. Koska voima on 30 kn, valitaan taulukosta 40 kn voima. Tämän jälkeen siirrytään 2 riviä alaspäin, koska kuormitus on väsyttävä tai epäkeskeinen normaalivoima. Tämän jälkeen siirrytään 1 rivi alaspäin, jos kiristys tapahtuu tarkalla momenttiavaimella. Ruuvikoko valitaan riviltä, jolle päädyttiin, eli tässä tapauksessa 160 kn voiman riviltä. Koska lujuusluokaksi valitaan 8.8, niin ruuvin kooksi tulee M24. (Blom ym. 2006, 91) Kiristysmomentti M24 8.8 lujuusluokan ruuville on 590 Nm. (Blom ym. 2006, 42)

26 8 TARVITTAVAT MATERIAALIT 1 kpl HEB 700 palkki, S355 pituus 15 m 4 kpl Putkipalkki suorakaide 400x200x10, S355, pituus 12 m Tarve n. 4.5 m 2 20 mm paksuista S355 teräslevyä 20 kpl M24x080 DIN 931 8.8 Kuusioruuvi kuumasinkitty 52 kpl M24 Kuusiomutteri DIN 934 8.8 kuumasinkitty 72 kpl M24 Aluslaatta DIN 125 A 200HV kuumasinkitty Kierretankoa M24 perustusten laskijan ohjeiden mukaan 9 TARKOITUKSEENSOPIVUUDEN TESTAUS Tämä luku perustuu suoriin lainauksiin standardista SFS-EN 15011. sivut 76 80 9.1 Yleistä Nosturi on testattava ennen käyttöönottoa sen varmistamiseksi, että se pystyy toteuttamaan sille määritellyt toiminnot turvallisesti. Koetuloksista on tehtävä pöytäkirja. Testaukseen on sisällyttävä: a) toimintojen testaaminen kohdan 6.2. mukaan ja b) kuormakokeet seuraavien kohtien mukaisesti Testausten päätteeksi kaikki rajoittimet, jotka saattoivat olla poiskytkettyinä tai säädettyinä testausta varten, on aktivoitava uudelleen ja palauttaa säädettyihin käyttöasetuksiin.

27 9.2 Kokeet 9.2.1 Toiminnallinen koe Nosturin kaikki liikkeet on suoritettava koko niiden liikematkoilla, ilman kuormaa, suurimmillakin käyttönopeuksilla. Liikkeiden rajoittimia ja puskurivasteita on aluksi lähestyttävä ja kosketettava hitaalla nopeudella, ennen kuin kosketus tehdään suurimmalla käyttönopeudella. Kun puskureita käytetään ilman muita liikkeen rajoittimia, niitä kosketetaan vain kerran 100 %:n nopeudella. Näiden kokeiden aikana nosturia tarkkaillaan sen tarkistamiseksi, että se toimii tasaisesti, jarrujärjestelmät toimivat tehokkaasti ja liikkeen rajoittimien ja osoittimien asetukset ovat tarkkoja. Nosturin laitteiden kaikki toiminnot on testattava oikein toimimisen suhteen, erityisesti turvallisuuteen liittyvät toiminnot, mukaan lukien varmistusjarrun toiminta sarjassa. Kun nostomatkan ylärajan toinen (varmistus-) rajoitin on asennettu, se on testattava kytkemällä ensimmäinen rajoitin pois ja sitten ajamalla nostoliike läpi sekä hitaalla että suurella nopeudella. 9.2.2 Staattinen koe Konekäyttöisillä nostokoneistoilla varustetut nosturit on testattava kuormalla, joka on 100...200 mm maanpinnan yläpuolella ja on suurempi seuraavista: kaikki ripustetut kuormat mukaan lukien 125 % nostokyvyn mukaisesta massasta nostokuorma kerrottuna kertoimella φ2, jota on käytetty suunnittelulaskelmien kuormitusyhdistelmässä A.

28 Nosturit, jotka on varustettu vain suoratoimisella kuorman rajoittimella, on testattava yllä mainituilla kuorma-arvoilla tai kuormalla, joka vastaa suoratoimisen rajoittimen asetusta vähennettynä 5 %:lla nostokyvystä. Koe täytyy suorittaa kriittisissä vaunun asemissa, kuten keskellä jänneväliä, vaunun ajomatkan ääripäissä mukaan lukien ulokkeiden ulottumat, niin että ylikuormitus- ja vakavuusvaatimukset täytetään. Sikäli kun kokeen aikana tehdään liikkeitä, ne on tehtävä erikseen; uusi liike ei saa alkaa ennen kuin edeltävän liikkeen aiheuttamat värähtelyt ovat vaimentuneet. Kun nosturi on varustettu useammalla kuin yhdellä nostokoneistolla, joita voidaan käyttää erikseen, ne on testattava yksilöllisesti ennen nosturin testiä, ellei valmistaja ole testannut niitä aikaisemmin. Nosturi on testattava kaikkein epäedullisimmalla nostokoneistojen kuormitusyhdistelmällä, johon käyttöön ne on määritelty. Koekuormaa on pidettävä aika, joka on välttämätön nosturin kelpoisuuden arviointiin tarvittavien havaintojen ja mittausten tekemiseen. Kokeita pidetään onnistuneina, jos ei ole näkyvissä mitään murtumia, pysyviä muodonmuutoksia tai vaurioita, jotka vaikuttavat nosturin toimintaan tai turvallisuuteen ja jos mitkään liitokset eivät ole löystyneet tai osoita vaurion merkkejä. HUOM. Pienet pysyvät muodonmuutokset, kuten asettumiset, ovat hyväksyttäviä edellyttäen, etteivät ne vaikuta nosturin toimintaan. 9.2.3 Dynaaminen koe Dynaamiset kokeet suoritetaan koekuormalla, joka on vähintään 110 % nostokyvystä.

29 Dynaamisiin kokeisiin on kuuluttava kaikkien liikkeiden toistuva aloitus ja lopetus mukaan lukien aiotun käytön edellyttämät kaikki yhdistetyt liikkeet koko liikesarjan läpi, liikematkojen koko laajuudella. Näiden kokeiden aikana nosturia on tarkkailtava jatkuvasti, jotta tarkistetaan: nosturin tasainen toiminta jarrujärjestelmien tehokas toiminta rajoittimien ja osoittimien vaikuttavuus ja tarkkuus että nostomoottorin sähkövirta on verrattavissa nimikilven arvoihin tai valmistajan julkaisemiin arvoihin. Nostokyvyn rajoittimen suojauskyky on testattava nostamalla kuorma, jonka massa on välillä 110 %...125 % nostokyvystä, seuraavasti: nosto aloitetaan esijännittämättä nostovälinettä käytetään suurinta nopeutta, jonka ohjausjärjestelmä sallii tässä tilanteessa ajetaan nostokoneistoa ylös nostokyvyn rajoittimen laukaisupisteeseen asti. Dynaamisia kokeita pidetään onnistuneina, jos kyseiset komponentit ovat täyttäneet tehtävänsä, välittömästi seuraava tarkastus ei paljasta mitään vaurioita koneistoille eikä kantaville rakenteille ja jos mikään liitos ei ole löystynyt tai vaurioitunut. 10 NOSTOKYVYN MERKITSEMINEN Nosturin nostokyky on merkittävä selvästi pääkannattimeen. Tässä tapauksessa merkinnäksi tulee 8 t+8 t. (SFS-EN 15011, 84-86)

30 11 KORROOSION ESTO JA HUOLTO 11.1 Korroosion esto Kaikki osat tulisi hiekkapuhaltaa puhtaaksi ruosteesta ja muusta liasta. Puhalluksen jälkeen osat voidaan hitsata yhteen, jonka jälkeen suoritetaan pohjamaalaus jollakin ruosteenestomaalilla (esim. Ferrrex Metallipohja). Pohjamaalin päälle laitetaan esim. Tikkurilan Panssarimaali. Maaleista ja niiden oikeasta käytöstä saa hyvin tietoa maalia myyvistä liikkeistä. 11.2 Nosturin huolto Nosturi tulee tarkistaa joka kevät ja syksy ruostevaurioiden varalta. Mikäli ruostetta löytyy, hiotaan ruosteet pois ja suoritetaan paikkamaalaus. Tarkastuksen yhteydessä tulee myös tarkistaa pulttiliitosten kireys, ja kiristää pultit tarvittaessa. Myös hitsiliitokset ja palkkien yleinen kunto tulee tarkistaa silmämääräisesti. Aina ennen käyttöä tulee suorittaa silmämääräinen tarkastelu nosturille, ja havaittuihin ongelmiin tulee puuttua. Nostimen toimittajalta saadaan ohjeet nostimien huoltoon ja tarkistuksiin. 12 YHTEENVETO Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella mahdollisimman edullinen pukkinosturi. Työn laajuus yllätti itseni ja täydellisten suunnitelmien sijasta lopullisessa opinnäytetyössä keskitytään rungon edulliseen mitoitukseen sekä lujuuslaskentaan. Perustusten laskenta sekä rakennustapaseloste jätettiin työstä pois. Työn teki haastavaksi asiaan liittyvien standardien suuri määrä. Pukkinostureita käsittelevän standardin alkusivuilta löytyy muutaman sivun mittainen lista eri

31 standardeja, joihin kyseisessä standardissa viitataan. Standardien lukeminen osoittautui myös melko hankalaksi sillä jatkuvasti viitattiin eri standardeihin. Työn lopputuloksena syntyi standardeissa annettaviin ohjeisiin perustuva pukkinosturin rungon 3D-malli, sekä lujuuslaskelmat kriittisimmistä osista. Onnistuin mielestäni hyvin tavoitteessa mitoittaa mahdollisimman halvalla rakennettava pukkinosturi. Edulliseksi runkoratkaisuni tekee todella yksinkertainen rakenne, sekä se, että käyttämäni palkit ovat ainevahvuuksiltaan pienimpiä, jotka kestävät rungossa esiintyvät rasitukset pysyen standardien antamien taipumarajojen sisäpuolella.

32 LÄHTEET 1. SFS-EN 15011:2011 NOSTURIT. SILTA- JA PUKKINOSTURIT. Cranes. Bridge and gantry cranes Finnish Standards Association SFS.Helsinki: SFS 2. SFS-EN 1993-1-1 EUROCODE 3. TERÄSRAKENTEIDEN SUUNNITTELU. OSA 1-1: YLEISET SÄÄNNÖT JA RAKENNUKSIA KOSKEVAT SÄÄNNÖT. Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings Finnish Standards Association SFS.Helsinki: SFS 3. SFS-EN 13001-1 + A1 NOSTURIT. YLEISSUUNNITTELU. OSA 1: YLEISET PERIAATTEET JA VAATIMUKSET. Cranes. General design. Part 1: General principles and requirements. Finnish Standards Association SFS.Helsinki: SFS 4. SFS-EN 1993-6 + AC EUROKOODI 3. TERÄSRAKENTEIDEN SUUNNITTELU. OSA 6: NOSTURIA KANNATTAVAT RAKENTEET. Eurocode 3. Design of steel structures. Part 6: Crane supporting structures. Finnish Standards Association SFS.Helsinki: SFS 5. SFS-EN 13001-2 NOSTURIEN TURVALLISUUS. YLEISSUUNNITTELU. OSA 2: KUORMITUKSET. Crane safety. General design. Part 2: Load actions. Finnish Standards Association SFS.Helsinki: SFS 6. SFS-EN 13001-3-1 + A1 CRANES. GENERAL DESIGN. PART 3-1: LIMIT STATES AND PROOF COMPETENCE OF STEEL STRUCTURE 7. SFS-EN 1991-1-4, EUROCODE 1. RAKENTEIDEN KUORMAT. YLEISET KUORMAT. OSA 1-4: TUULIKUORMAT. Eurocode 1. Actions on structures. Part 1-4: General actions. Wind actions. 8. SFS-EN 1991-3 EUROKOODI 1. RAKENTEIDEN KUORMAT. OSA 3: NOSTUREISTA JA MUISTA KONEISTA AIHEUTUVAT KUORMAT. Eurocode 1. Actions on structures. Part 3: Actions induced by cranes and machinery 9. Blom, Lahtinen, Nuutio, Pekkola, Pyy, Rautiainen, Sampo, Seppänen, Suosara, P.2006, Koneenelimet ja mekanismit 5.-6. painos. Helsinki: Edita Prima Oy 10. Pohri Oy WWW-sivut. Viitattu 13.5.2014. http://www.pohri.fi/5

LIITE 1

LIITE 2

LIITE 3

LIITE 4

LIITE 5

LIITE 6

LIITE 7

LIITE 8

LIITE 9

LIITE 10

LIITE 11

LIITE 12